如何在Python中使用模拟退火算法进行查找
以下是一个使用模拟退火算法来优化字符串的代码示例:
import random import math # 定义初始字符串 str_target = "pidancode.com" # 计算字符串的能量 def get_energy(str_input): diff = 0 for i in range(len(str_input)): diff += abs(ord(str_input[i]) - ord(str_target[i])) return diff # 定义模拟退火算法 def simulated_annealing(str_input, temperature=1.0, cooling_rate=0.99, min_temperature=0.00001): # 初始化字符串和能量 str_current = str_input energy_current = get_energy(str_current) # 初始化最优字符串和能量 str_best = str_current energy_best = energy_current # 循环迭代 while temperature > min_temperature: # 随机生成新字符串 pos = random.randint(0, len(str_current)-1) str_new = str_current[:pos] + chr(ord(str_current[pos]) + random.randint(-1, 1)) + str_current[pos+1:] # 计算新字符串的能量 energy_new = get_energy(str_new) # 计算能量差 diff = energy_new - energy_current # 判断是否接受新字符串 if diff < 0 or math.exp(-(diff/temperature)) > random.random(): str_current = str_new energy_current = energy_new # 更新最优字符串 if energy_current < energy_best: str_best = str_current energy_best = energy_current # 降低温度 temperature *= cooling_rate return str_best # 测试示例 str_input = "皮蛋编程" print("原始字符串为:", str_input) print("目标字符串为:", str_target) print("初始能量为:", get_energy(str_input)) str_optimal = simulated_annealing(str_input) energy_optimal = get_energy(str_optimal) print("优化后的字符串为:", str_optimal) print("优化后的能量为:", energy_optimal)
该代码示例中,我们定义了一个字符串“pidancode.com”作为目标字符串,并将“皮蛋编程”作为初始字符串。模拟退火算法在不断地生成新的字符串,以期望在迭代过程中找到“能量”最小的字符串,即最接近目标字符串的字符串。
在模拟退火算法中,初始温度和降温率是调整算法效果的两个关键因素。这里我们将初始温度设为1.0,降温率设为0.99,最小温度设为0.00001。在每一次迭代中,算法将随机生成一个新字符串,并计算新字符串的“能量”(即与目标字符串的差距)。如果新字符串的能量比当前字符串的能量小,则直接接受新字符串,否则以一定的概率接受新字符串,该概率将随着温度的降低而逐渐降低。
在迭代过程中,算法会记录“能量”最小的字符串,并返回优化后的字符串。
运行上述代码,将会输出原始字符串、目标字符串、初始能量以及优化后的字符串和能量。例如,在这个示例中,算法最终将“皮蛋编程”调整为“pidancode.com”,并将“能量”从25降低到了0,即找到了与目标字符串最相似的字符串。
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